Ученые создали условия, подобные звездным, внутри тонкой проволоки! Как это возможно?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

Понимание процессов, происходящих в глубинах космоса — задача, стоящая перед наукой на протяжении многих веков. Недра планет-гигантов, взрывы сверхновых, мощнейшие струи вещества, выбрасываемые черными дырами, — все эти явления связаны с экстремальными условиями, недоступными для прямого наблюдения. Давления и температуры, царящие в этих космических объектах, настолько велики, что воссоздать их в обычных лабораториях крайне сложно. Однако ученые, используя передовые технологии, нашли способ приблизиться к пониманию этих экзотических условий, воспроизводя их на Земле с помощью мощных лазеров.

Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

В недавнем исследовании, опубликованном в престижном научном журнале Nature Communications, международная группа ученых представила миру новый метод создания экстремальных состояний вещества. В его основе лежит воздействие мощного фемтосекундного лазера на тонкие металлические проволоки. Лазерный импульс, сфокусированный на поверхности проволоки, запускает каскад процессов, приводящих к возникновению сходящейся цилиндрической ударной волны. Эта волна, распространяясь к центру проволоки, сжимает вещество до давлений, сравнимых с теми, что существуют в недрах планет-гигантов, например, Юпитера.

Уникальность этого метода заключается в геометрии сжатия. В отличие от большинства экспериментов по ударному сжатию, где волна воздействует на вещество с одной стороны, в данном случае сжатие происходит радиально, со всех сторон одновременно. Такой подход позволяет достичь значительно более высоких значений давления и плотности вещества, открывая новые горизонты для исследования экстремальных состояний материи.

a Экспериментальная установка конфигурации PCI, используемая для получения изображения сжатой проволоки. Вся установка до последних 50 см перед детектором находится в условиях вакуума, что минимизирует рассеяние в воздухе. Система щелей (не показана) используется для ограничения рентгеновского освещения полем зрения в позиции образца до 250 x 250 мкм и минимизации бахромчатого рассеяния CRLs (диаметр 300 мкм). b Рентгеновские данные PCI, измеренные при задержках от 100 до 1000 пс после облучения проволоки из меди диаметром 25 мкм лазерным импульсом 3 Дж, 30 фс. Цветовая шкала показывает изменение пропускания по сравнению с распространением свободного пучка. c Увеличение выделенной красным области (b) для улучшения видимости сходящейся ударной волны.
Автор: Laso Garcia, A., Yang, L., Bouffetier, V. et al. Cylindrical compression of thin wires by irradiation with a Joule-class short-pulse laser. Nat Commun15, 7896 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-52232-6 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Для изучения динамики сжатия и поведения вещества под воздействием ударной волны ученые использовали уникальный инструмент — рентгеновский лазер на свободных электронах European XFEL. Этот лазер способен генерировать ультракороткие импульсы рентгеновского излучения, которые позволяют получать «снимки» сверхбыстрых процессов, таких как распространение ударных волн в веществе.

Благодаря этой «рентгеновской съемке» исследователи смогли детально проследить за динамикой ударной волны в медной проволоке. Они измерили скорость ее движения, а также оценили степень сжатия вещества в различные моменты времени. Полученные экспериментальные данные были тщательно сопоставлены с результатами компьютерного моделирования, проведенного с помощью специализированных программных кодов. Такой комплексный подход позволил не только подтвердить работоспособность предложенного метода, но и глубже понять физические механизмы, лежащие в основе генерации и распространения ударной волны.

a Смоделированные профили PCI с использованием данных гидродинамического моделирования для начальных температур 210 и 250 эВ. b Сравнение экспериментальных и смоделированных данных 300 пс, 500 пс и 700 пс для начальной температуры 210 эВ и 250 эВ. Совпадение с экспериментально наблюдаемым сближением при 700 пс происходит для случая 250 эВ.
Автор: Laso Garcia, A., Yang, L., Bouffetier, V. et al. Cylindrical compression of thin wires by irradiation with a Joule-class short-pulse laser. Nat Commun15, 7896 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-52232-6 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Результаты этого исследования имеют огромное значение для фундаментальной науки. Они открывают новые возможности для изучения экстремальных состояний вещества, которые ранее были недоступны для прямых экспериментальных наблюдений. Ученые полагают, что данный метод может быть использован для изучения свойств веществ при давлениях и температурах, характерных для недр Юпитера, белых карликов и других астрофизических объектов. Это позволит получить ценную информацию о процессах, протекающих в глубинах космоса, и, возможно, приблизит нас к разгадке некоторых тайн Вселенной.

Еще одним преимуществом разработанного метода является высокая частота повторения лазерных импульсов, достигающая одного выстрела в минуту. Это позволяет проводить эксперименты с большой статистикой, что значительно повышает точность измерений и расширяет возможности исследования.

В будущем ученые планируют расширить область применения метода, изучая с его помощью поведение различных материалов, включая углерод и железо, которые играют ключевую роль в процессах формирования планет и звезд. Это позволит получить новые знания о физике экстремальных состояний вещества и внесет важный вклад в развитие астрофизики и планетологии.

1 комментарий

k
Так когда ждать новые аудиофильские провода из аудиофильски сжатой медной проволоки?

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Fnirsi tdm-120: бюджетный автономный тепловизор

Разрешение матрицы 120 на 90 пикселей, честная частота 25 Герц и чувствительность <60mK позволяют заметить малейший перегрев элемента платы или утечку в теплом полу задолго до серьезной аварии....

Астрономы получили самые убедительные доказательства существования первых звезд Вселенной: они оказались сверхмассивными

Через 400 миллионов лет после Большого взрыва Вселенная состояла исключительно из водорода, гелия и следовых количеств лития. Более тяжелых элементов, которые астрономы собирательно называют...

Серфинг без капли воды: как оазис Уакачина стал курортом для тех, кто боится утонуть

Хочется ловить волну, но вот проблема: только оказавшись в водоёме глубже пары метров, вам даётся исключительно стиль топориком ко дну? В таком случае вам стоит узнать про самое необычное место для...

Астрономы доказали существование трех популяций сливающихся черных дыр: неразлучные пары, случайные встречи и «каннибалы»

Астрофизики получают информацию о слияниях черных дыр благодаря детекторам гравитационных волн. Когда два сверхплотных объекта сталкиваются, они вызывают возмущение пространства, которое...

Туер «Енисей»— один из последних в мире: почему он до сих пор работает на Казачинском пороге, хотя на всех остальных реках России и Европы такие суда давно исчезли

На реке Енисей есть участок, который веками оставался серьёзным препятствием для судоходства. Это Казачинский порог — природная «плотина» из скальных выступов и каменистых гряд,...

Наши предки вылуплялись из яиц: окаменелость возрастом 250 млн лет подтвердила спорную гипотезу палеонтологов

Эволюционная история млекопитающих неразрывно связана с процессом размножения. Долгое время биологи опирались на устоявшееся положение: древние предки современных млекопитающих, известные как...